列管式换热器课程设计(含有CAD格式流程图和换热器图)
化工原理课程设计列管式换热器设计
课程设计任务书设计一个列管式冷却器，冷却器的年处理能力为19.8×104 t。
将煤油液体从140℃冷却到40℃。
冷却水的入口温度为30℃，出口温度为40℃。
要求设计的换热器的管程和壳程的压降不大于100kPa。
设计要求（1）换热器工艺设计计算（2）换热器工艺流程图（3）换热器设备结构图（4）设计说明目录一、前言 (3)二、方案设计 (5)1、确定设计方案 (5)2、确定物性数据 (5)3、计算总传热系数 (6)4、计算传热面积 (6)5、工艺结构尺寸 (6)6、换热器核算 (8)三、设计结果一览表 (11)四、对设计的评述 (12)五、参考文献 (12)六、主要符号说明 (13)列管式换热器设计说明书一、方案简介本设计任务是利用冷流体（水）给煤油降温。
利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。
下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,复合实际需要等原则。
换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。
不同的换热器适用于不同的场合。
而列管式换热器在生产中被广泛利用。
它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。
尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。
所以首选列管式换热器作为设计基础。
二、方案设计某厂在生产过程中，需将煤油液体从140℃冷却到40℃。
冷却器的年处理能力为19.8×104 t 。
冷却水入口温度30℃，出口温度40℃。
要求换热器的管程和壳程的压降不大于100kPa 。
试设计能完成上述任务的列管式换热器。
1．确定设计方案（1）选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度140℃，出口温度40℃冷流体。
冷流体进口温度30℃，出口温度40℃。
该换热器用循环水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和流体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。
列管氏换热器课程设计图
列管氏换热器课程设计图一、教学目标本节课的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握列管式换热器的结构、工作原理和分类；技能目标要求学生能够运用所学知识分析和解决实际问题；情感态度价值观目标要求学生培养对化工工艺的兴趣，提高环保意识和安全意识。
结合课程性质、学生特点和教学要求，我们将目标分解为具体的学习成果：了解列管式换热器的结构及其组成部分，掌握其工作原理和分类；能运用所学知识分析实际问题，如换热器的选用和设计；培养环保意识和安全意识，关注化工工艺在生产中的应用和可持续发展。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括列管式换热器的结构、工作原理、分类和应用。
教学大纲安排如下：1.列管式换热器的结构：介绍换热器的基本结构，包括壳体、管束、管板、管盖等组成部分，以及各种类型换热器的结构特点。
2.列管式换热器的工作原理：讲解换热器的工作原理，包括热交换过程、流体流动状态、传热速率等。
3.列管式换热器的分类：介绍换热器的分类及各类换热器的适用范围和优缺点。
4.列管式换热器的应用：分析换热器在化工、石油、电力等领域的应用实例，探讨换热器在生产过程中的重要作用。
三、教学方法为激发学生的学习兴趣和主动性，本节课采用多种教学方法相结合：1.讲授法：讲解换热器的结构、工作原理、分类和应用，使学生掌握基本概念和理论知识。
2.案例分析法：分析实际生产中的换热器应用案例，帮助学生将理论知识与实际应用相结合。
3.实验法：安排实验室参观或动手实验，让学生直观地了解换热器的结构和操作原理。
4.讨论法：学生分组讨论，分享学习心得和观点，提高学生的合作能力和沟通能力。
四、教学资源为实现教学目标，本节课将采用以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统的理论知识。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识储备。
3.多媒体资料：制作精美的PPT，直观地展示换热器的结构和操作原理。
4.实验设备：安排实验室参观或动手实验，让学生亲身体验换热器的运行过程。
列管式换热器课程设计(含有CAD格式流程图和换热器图)
X X X X 大学《材料工程原理B》课程设计设计题目： 5.5×104t/y热水冷却换热器设计专业： -----------------------------班级： -------------学号： ----------- 姓名： ---- 日期： ---------------指导教师： ----------设计成绩：日期：换热器设计任务书目录1.设计方案简介2.工艺流程简介3.工艺计算和主体设备设计4.设计结果概要5.附图6.参考文献1.设计方案简介1.1列管式换热器的类型根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种。
以下根据本次的设计要求，介绍几种常见的列管式换热器。
（1）固定管板式换热器这类换热器如图1-1所示。
固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结余构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构式壳测清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。
当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。
（2）U型管换热器U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。
管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。
U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。
其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。
此外，其造价比管定管板式高10%左右。
（3）浮头式换热器浮头式换热器的结构如下图1-3所示。
其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。
浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。
化工原理课程设计1列管式换热器[1]
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化工原理课程设计任务书材化学院专业班学生姓名学号：设计题目：列管式换热器设计设计时间：200 年月日——200 年月日指导老师：吴世彪设计任务：某炼油厂用柴油将原油预热。
柴油和原油的有关参数如下表, 两侧的污垢热阻均可取1.72×10-4m2·K/W，换热器热损失忽略不计，管程的绝对粗糙度ε=0.1mm，要求两侧的阻力损失均不5设计内容：(1) 设计方案的确定及流程说明(2) 换热面积的估算(3) 管子尺寸及数目计算(4) 管子在管板上的排列(5) 壳体内径的确定(6) 附件设计(选型)(7) 换热器校核（包括换热面积、压力降等）(8) 设计结果概要或设计一览表(9) 对本设计的评述或有关问题的分析讨论(10)参考文献图纸要求：1、换热器化工设备图（1＃图纸）安徽建筑工业学院材化学院化工系目录第一章文献综述 ···················································································································第一节概述··················································································································一、换热器的概念二、换热器的分类三、列管式换热器的标准简介四、列管式换热器选型的工艺计算步骤第二节换热器设备应满足的基本要求········································································一、合理的实现所规定的工艺条件二、安全可靠性三、安装、操作及维护方便四、经济合理第三节列管式换热器结构及基本参数········································································一、管束及壳程分程二、传热管三、管的排列及管心距四、折流板和支撑板五、旁路挡板和防冲挡板六、其他主要附件七、列管式换热器结构基本参数第四节设计计算的参数选择·······················································································一、冷却剂和加热剂的选择二、冷热流体通道的选择三、流速的选择四、流向的选择第二章列管式换热器的设计计算·························································································第一节换热面积的估算 ································································································一、计算热负荷二、估算传热面积第二节换热器及主要附件的试选 ·················································································一、试选管型号二、换热器结构一些基本参数的选择第三节换热器校核 ········································································································一、核算总传热系数二、核算压强降第四节设计结果一览表 ································································································第五节设计总结及感想 ································································································一、设计总结二、感想参考文献 ···························································································································第一章 文献综述(略)第二章 列管式换热器的设计计算 第一节 换热面积的估算一、计算热负荷(不考虑热损失)由于设计条件所给为无相变过程。
化工原理课程设计列管式换热器
———列管式换热器
第1页 ，共79页。
一、设计方案的确定
1、换热器类型的选择 2、流动空间的选择 3、流速的确定 4、流动方式的选择 5、流体出口温度的确定
二、列管式换热器的结构
三、列管式换热器设计计算
第2页 ，共79页。
1、换热器类型的选择
固定管板式换热器
固定管板式换热器管束连接在管板上 ，管板与壳体焊接。
第3页 ，共79页。
优点： 1）传热面积比浮头式换热器大20%-30%； 2） 旁路漏流较水； 3）锻件使用较少； 4） 没有内漏。
缺点： 1） 不适用于换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差很大 的场合 ， 管板与管头之间易产生温差应力而损坏； （为了减少热应力 ，通常在固定管板式换热器中设置 柔性元件． 如： 设置膨胀节． 来吸收热膨胀差）
力之和 。一般进 、 出口阻力可忽略不计 ， 故管程总阻力的计算式为
每程直管阻力；
每程回弯阻力
式中 ΔPi 、ΔPr------分别为直管及回弯管中
因摩擦阻力引起的压强降 ，N/m2
Ft-----结垢校正因数 ，无因次 ，对于φ25×2.5mm的管子 ，取为1.4，
对于φ19×2mm的管子 ，取为1.5；
圆缺形
第21页 ，共79页。
. 圆盘形
两相邻挡板的距离(板间距)h为外壳内径D的(0.2~ 1)倍 。板间距过小 ，不便于制造和检修 ，阻力也较 大 。板间距过大 ，流体就难于垂直地流过管束 ，使 对流传热系数下降。
我国系列标准中采用的挡板间距为：
固定管板式有100mm ， 150mm ，200mm ，300mm ，450mm ，600mm ， 700mm七种
第20页 ，共79页。
化工原理课程设计_——列管式换热器设计
化工原理课程设计列管式换热器院系专业年级学生姓名学生学号目录1前言 (3)1.1 氨气的性质 (3)1.1.1氨气的用途 (3)1.1.2 合成氨技术 (3)1.2 换热器的性质 (4)1.2.1 换热器的分类与特点 (4)2 设计任务 (5)2.1 设计内容 (5)2.2 设计要求 (5)3 设计方案 (6)3.1 确定设计方案 (6)3.2换热器的选型 (6)3.2.1 列管式换热器 (6)3.2.2 固定管板式换热器 (7)3.2.3 浮头式换热器 (7)3.3.3 U型管式换热器 (8)3.3.4 填料函式换热器 (8)3.3 换热器内冷热流体通道的选择 (8)3.4流体流速的选择 (9)3.5换热管的选择 (10)4 物性数据 (10)4.1定性温度 (10)4.2 物性数据 (10)5工艺计算 (11)5.1 物料衡算 (11)5.2热量衡算 (11)6计算总传热系数K (12)6.1初算传热面积 (12)6.2工艺尺寸的计算 (13)6.2.1传热管排列和分程方法 (13)6.2.2壳体内径 (15)6.2.3折流板 (15)6.2.4接管 (15)6.3换热器核算 (16)6.3.1壳程传热膜系数核算 (16)6.3.2污垢热阻和管壁热阻 (17)6.3.4总传热系数K (17)6.3.5传热面积校核 (18)6.4换热器内流体的压力降核算 (18)6.4.1管程阻力 (18)6.4.2壳程阻力 (19)6 设计一览表 (20)7设计体会和收获 (21)8参考文献 (22)9 主要符号说明 (22)1前言化工原理课程设计是化工类专业学生运用自己已学课程的知识来解决常规化工设计中的问题的一次很好地、全面地锻炼过程。
通过设计可以不断增强我们运用综台知识的能力，解决工程实际问题的能力和全面分析问题的能力为此，在我们学习完化工原理之后，老师让我们设计一个列管式换热器，加强我们对自己知识理解的运用。
列管式换热器-(化工原理课程设计)
化工原理课程设计题目：列管式换热器设计班级：姓名：学号：指导教师：2015 年-2016 年学年第1 学期目录设计任务书 (3)前言 (4)一．工艺说明及流程示意图 (5)1. 工艺流程 (5)1.1酒精的工艺流程 (5)1.2 冷却流程图 (5)1.2.1白酒加工工艺流程 (5)1.2.2 冷却流程 (5)2. 工艺说明 (6)2.1 流体流入空间的选择 (6)2.2 出口温度的确定(含算法程序) (6)2.3 流速的选择 (7)2.4 计算平均温差 (8)二．流程及方案的论证与确定 (8)1. 设计方案的论证 (8)2. 确定设计方案及流程 (8)2.1 选择物料 (8)2.2 确定两流体的进出口温度 (9)2.3 确定流程 (9)2.4 换热器类型的选择 (9)三．设计计算及说明 (9)1. 流体物性的确定 (9)1.1 水的物性 (9)1.2无水乙醇的物性 (9)2. 初步确定换热器的类型和尺寸 (9)2.1计算两流体的平均温度差 (9)2.2计算热负荷和冷却水流量 (10)2.3 传热面积 (10)2.4 选择管子尺寸 (11)2.5 计算管子数和管长,对管子进行排列,确定壳体直径 (11)2.6 根据管长和壳体直径的比值,确定管程数 (12)3. 核算压强降 (12)3.1 管程压强降 (12)3.2 壳程压强降 (12)4. 核算总传热面积 (14)4.1 管程对流传热系数α0 (14)4.2 壳程对流传热系数αi (14)4.3 污垢热阻 (15)4.4 总传热系数K’ (15)4.5 传热面积安全系数 (15)4.6 壁温的计算 (15)4. 7 偏转角的计算 (15)四．设计结果概要表 (16)五．对设计的评价及问题的讨论 (17)1.对设计的评价.................................................................................. . (17)2.问题的讨论.................................................................................. .. (17)六．参考文献 (18)1七．致谢八．附录：固定管板式换热器的结构图、花板布置图设计任务书一、设计题目：列管式换热器设计。
化工原理课程设计—列管式换热器.doc
设计任务书设计题目：设计一正丁醇冷却器设计条件⑴、处理能力：⑵、设备类型：列管式换热器（非定型式）⑶、操作条件：流体名称入口温度℃出口温度℃物料纯正丁醇冷却介质自来水允许压力降：热损失：按传热量的计算设计内容⑴、前言⑵、确定设计方案（设备选型、换热器材质）⑶、确定物性数据（冷却循环水的出口温度、纯正丁醇和水在物性温度下的物理性质）⑷、工艺设计初占换热面积、确定换热器基本尺寸（包括管径、管长、程数、每程管数、管子数排列、壁厚、换热器直径、流体进出管管径等计算）⑸、换热器计算①核算总传热系数（传热面积）②换热器内流体的流动阻力校核（计算压降）⑹、机械结构的选用①管板选用、管子在管板上的固定、管板和壳体连接结构②封头类型选用③温差补偿装置的选用④管法兰选用⑤管、壳程接管⑺、换热器主要结构尺寸和计算结果表⑻、结束语（包括对设计的自我评述及有关问题的分析讨论）⑼、换热器结构和尺寸（4#图纸）⑽、参考资料目录开始时期年月日结束时期年月日学生：牛俊健班级：73 学号：指导老师：冯伟流程图和工艺流程图冷却水出口管（温度：）纯正丁醇入口管（温度：）冷却水入口管（温度：）纯正丁醇出口管（温度：50℃）设计计算确定设计方案确定设备类型两流体的温度变化：①热流体的入口温度，出口温度；力体定性温度。
②冷流体的入口温度，出口温度；冷流体定性温度。
冷热流体的最大温差，因此，选用列管式换热器。
确定壳程流体和管程流体流体经过管程和壳程的选择原则：①不清洁或易结垢的流体，应走容易清洗的管道，可走管程。
②腐蚀性流体应走管程。
③压力高的流体应走管程。
④有毒流体应走管程。
⑤被冷却的流体应走管程。
⑥饱和蒸汽应走壳程。
⑦黏度大的流体或流量小的流体应走壳程。
两种流体的物理性质如下表：物性流体定性温度密度㎏比热容㎏黏度导热系数纯正丁醇 2.649水 4.178综上所述，纯正丁醇走壳程，水走管程；且采用逆流。
初算换热面积热流量（的热损失）若换热器无相变化，且流体的比热容可取平均温度下的比热容，则式中——换热器的热负荷，;、——分别为冷、热流体的质量流量，㎏；、——分别为冷、热流体的平均比热容，（㎏）；、——冷流体的进、出口温度，、——热流体的进、出口温度，有效传热量冷却水用量（平均传热温差①平均温差先算出逆流的对数平均温差，再乘以考虑流动方向的校正因子，即Δ逆逆——按逆流计算的对数平均温度差，；式中逆——温度差校正系数，量纲为其中，，。
列管式换热器课程设计(含有CAD格式流程图和换热器图)
X X X X 大学《材料工程原理B》课程设计设计题目: 5.5×104t/y热水冷却换热器设计专业： -—----———-——---—————-—-—---—-班级：—--——-——-—-—-学号: —--——-----—姓名： -—--日期：——-—-—-———-——--指导教师: —---—-----设计成绩: 日期：换热器设计任务书1.设计方案简介2.工艺流程简介3.工艺计算和主体设备设计4.设计结果概要5.附图6.参考文献1。
设计方案简介1.1列管式换热器的类型根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种。
以下根据本次的设计要求,介绍几种常见的列管式换热器。
（1）固定管板式换热器这类换热器如图1—1所示。
固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结余构简单;在相同的壳体直径内，排管最多,比较紧凑;由于这种结构式壳测清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。
当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开,从而发生介质的泄漏。
（2）U型管换热器U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。
管束可以自由伸缩,当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力.U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板,密封面少，运行可靠;管束可以抽出，管间清洗方便。
其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大,壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。
此外，其造价比管定管板式高10%左右.（3）浮头式换热器浮头式换热器的结构如下图1-3所示。
其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。
浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。
化工原理课程设计之列管式换热器设计步骤
教
研 室
查图可知λ
2019年12月3日星期二
40
九江学院
八、换热器尺寸及附属部件
1. 管间距： t＝32.5mm
2. 壳体直径：Φ600×10mm，内径D＝
580mm
化 工 教 研
3. 壳体材料：碳素钢A3F，钢板卷焊 4. 管子尺寸：Φ25×2.5mm，L＝3.0m，
室
n＝164根，双管程
5. 布管图
于对流传热系数较大的一侧流体的温度
实际情况，壁温与流体温度相差无几，
化 工
因此本次设计不采用热补偿装置。
教
研
室
2019年12月3日星期二
48
Thanks Attention
化 工 教 研 室
2019年12月3日星期二
九江学院
Science and technology, especially strategic high technology, is increasingly becoming the decisive force in economic and social development and the focus of competition in comprehensive national strength.
2019年12月3日星期二
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九江学院
九、参考资料
1. 《化工原理》上册
化学工
业出版社，谭天恩主编，1990年。
2. 《基础化学工程》
上海科
化 工
学技术出版社，编写组，1980年。
教
研
室
2019年题的说明
列管式换热器是目前化工生产中应用最
广泛的一种换热器，它的结构简单、坚
列管式换热器的设计(化工原理课程设计)
目录§一.任务书1.1.化工原理课程设计的重要性1.2.课程设计的基本内容和程序1.3.列管式换热器设计内容1.4.设计任务和操作条件1.5.主要设备结构图§二.概述及设计要求2.1.换热器概述2.2.固定管板式换热器2.3.设计要求§三.设计条件及主要物理参数3.1.初选换热器的类型3.2.确定物性参数3.3.计算热流量及平均温差3.4.管程安排(流动空间的选择)及流速确定3.5.计算传热系数k3.6.计算传热面积§四.设计结果汇总§五.设计评述§六.工艺流程图§七.符号说明§八.参考资料§一化工原理课程设计任务书1.1.化工原理课程设计的重要性化工原理课程设计是学生学完基础课程以及化工原理课程以后，进一步学习工程设计的基础知识，培养学生工程设计能力的重要教学环节，也是学生综合运用化工原理和相关选修课程的知识，联系生产实际，完成以单元操作为主的一次工程设计的实践。
通过这一环节，使学生掌握单元操作设计的基本程序和方法，熟悉查阅技术资料、国家技术标准，正确选用公式和数据，运用简洁文字和工程语言正确表述设计思想和结果；并在此过程中使学生养成尊重实际问题向实践学习，实事求是的科学态度，逐步树立正确的设计思想、经济观点和严谨、认真的工作作风，提高学生综合运用所学的知识，独立解决实际问题的能力。
1.2.课程设计的基本内容和程序化工原理课程设计的基本内容有：1、设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。
2、主要设备的工艺计算：物料衡算、能量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。
3、辅助设备的选型：典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备规格型号的选定。
4、工艺流程图：以单线图的形式描绘，标出主体设备与辅助设备的物料方向、物流量、主要测量点。
5、主要设备的工艺条件图：图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。
化工原理课程设计—列管式换热器设计步骤
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九江学院
由于水蒸汽的对流传热系数比苯侧的对
流传热系数大得多，根据壁温总是趋近
于对流传热系数较大的一侧流体的温度
实际情况，壁温与流体温度相差无几，
化 工
因此本次设计不采用热补偿装置。
教
研
室
2019年7月30日星期二
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Thanks Attention
化 工 教 研 室
2019年7月30日星期二
1、热负荷即传热速率Q
化 2、平均温度差Δtm
工 教 研
3、选K值，估算传热面积A初
室
2019年7月30日星期二
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九江学院
1、热负荷即传热速率Q
Q KAtm
化
工 教
Q mS 2cP2 t2 t1 mS1cP1 T1 T2
研
室 Q ms1r
2019年7月30日星期二
A A' 20% A
2019年7月30日星期二
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九江学院
六、进出口管径
苯进口管、出口管
化 工
水蒸汽进口管径
教 研
冷凝水排出口
室
2019年7月30日星期二
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九江学院
1、苯进口管、出口管
取进口流速u1＝1m/s 进口直径
化 工 教 研
d 4V
u
室
选用无缝热轧钢管（YB231-64）
4
d
2 0
2019年7月30日星期二
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九江学院
3、换热器长径比
确定长径比的取值范围
化
工
教
L
研 室
4~6 D
化工原理列管式换热器课程设计
化工原理课程设计设计说明书设计题目换热器学院机电工程学院专业过程装备与控制工程姓名赵博学号*********指导教师孟宪宇日期2017/6目录一、化工原理课程设计任务书 (2)二、确定设计方案 (3)1.选择换热器的类型2.管程安排三、确定物性数据 (4)四、估算传热面积 (5)1.热流量2.平均传热温差3.传热面积4.冷却水用量五、工艺结构尺寸 (6)1.管径和管内流速2.管程数和传热管数3.传热温差校平均正及壳程数4.传热管排列和分程方法5.壳体内径6.折流挡板 (7)7.其他附件8.接管六、换热器核算 (8)1.热流量核算2.壁温计算 (10)3.换热器内流体的流动阻力七、结构设计 (13)1.浮头管板及钩圈法兰结构设计2.管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计3.管箱结构设计4.固定端管板结构设计5.外头盖法兰、外头盖侧法兰设计............146.外头盖结构设计7.垫片选择8.鞍座选用及安装位置确定9.折流板布置10.说明八、强度设计计算 (15)1.筒体壁厚计算2.外头盖短节、封头厚度计算3.管箱短节、封头厚度计算 (16)4.管箱短节开孔补强校核 (17)5.壳体接管开孔补强校核6.固定管板计算 (18)7.浮头管板及钩圈 (19)8.无折边球封头计算9.浮头法兰计算 (20)九、参考文献 (20)一、化工原理课程设计任务书某生产过程的流程如图3-20所示。
反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至60℃之后，进入吸收塔吸收其中的可溶性组分。
已知混合气体的流量为221801kg h ，压力为6.9MPa ，循环冷却水的压力为0.4MPa ，循环水的入口温度为29℃，出口的温度为39℃，试设计一列管式换热器，完成生产任务。
已知：混合气体在85℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值） 密度 3190kg m ρ= 定压比热容1 3.297p c kj kg =℃ 热导率10.0279w m λ=℃ 粘度51 1.510Pa s μ-=⨯循环水在34℃下的物性数据： 密度 31994.3kg m ρ= 定压比热容1 4.174p c kj kg =K 热导率10.624w m λ=K粘度310.74210Pa s μ-=⨯二、确定设计方案1． 选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度110℃ 出口温度60℃；冷流体进口温度29℃，出口温度为39℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。
列管式换热器课程设计(含有CAD格式流程图和换热器图)
检查并调整图纸中的线条、颜色、字体等细节，确保图纸清晰易读， 符合规范要求。
关键节点参数设置与调整
设备参数设置
根据换热器、泵等设备的性能参 数，设置相应的CAD图纸中的属 性，如设备尺寸、处理能力、扬 程等。
管道参数调整
根据工艺流程需求和管道设计规 范，调整管道的直径、壁厚、材 质等参数，确保管道系统的安全 性和经济性。
阀门与控制点设置
在关键位置设置阀门以控制物料 流动，并根据控制需求设置相应 的控制点，如温度传感器、压力 传感器等。
流程图在课程设计中的作用
明确工艺流程
通过流程图可以清晰地展示物料在换热器中的流动过程， 帮助学生理解工艺流程和设备的相互关系。
指导设备布局与管道设计
流程图可以作为设备布局和管道设计的依据，有助于优化 设备布局和减少管道长度，提高系统的效率。
方式和换热器图纸中的局部结构。
建议措施
03
加强CAD制图技能的训练，提高图纸的准确性和规范
性。
经验教训分享与未来展望
经验教训
在课程设计过程中，应注重团队协作，合理分配任务，及时沟通交流，确保设计进度和 质量。
未来展望
随着CAD技术的不断发展，应积极探索新的设计理念和方法，提高课程设计的创新性 和实用性。同时，鼓励学生参与实际工程项目，将理论知识与实践相结合，提升综合素
流程图绘制步骤及规范
确定流程图的类型和范围
根据课程设计需求，明确要绘制的流程图类型（如工艺流程图、控制 流程图等）和所涵盖的范围。
绘制主要设备和管道
使用CAD软件中的绘图工具，按照比例和规范要求，绘制出换热器、 泵、阀门等主要设备以及连接它们的管道。
添加流向箭头和标注
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X X X X 大学《材料工程原理B》课程设计设计题目： 5.5×104t/y热水冷却换热器设计专业： -----------------------------班级： -------------学号： ----------- 姓名： ---- 日期： ---------------指导教师： ----------设计成绩：日期：换热器设计任务书目录1.设计方案简介2.工艺流程简介3.工艺计算和主体设备设计4.设计结果概要5.附图6.参考文献1.设计方案简介1.1列管式换热器的类型根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种。
以下根据本次的设计要求，介绍几种常见的列管式换热器。
（1）固定管板式换热器这类换热器如图1-1所示。
固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结余构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构式壳测清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。
当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。
（2）U型管换热器U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。
管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。
U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。
其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。
此外，其造价比管定管板式高10%左右。
（3）浮头式换热器浮头式换热器的结构如下图1-3所示。
其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。
浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。
其缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。
(4)填料函式换热器填料函式换热器的结构如图1-4所示。
其特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。
管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。
填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行清洗，维修方便。
其缺点是填料函乃严不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。
1.2换热器类型的选择以及流经的选择所设计的换热器用于冷却热水，水黏度较小，不易产生水垢，而且两流体的温差不大于50℃，所以选用固定管板式换热器，热水走壳程，循环水走管程。
1. 3流速的选择介质循环水新鲜水一般液体易结垢液体低粘度油高粘度油气体流速管程流速，1.0~2.00.8~1.5 0.5~3 >1.0 0.8~1.8 0.5~1.5 5~30m/s壳程流速，0.5~1.5 0.5~1.5 0.2~1.5 >0.5 0.4~1.0 0.3~0.8 2~15m/s可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。
但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。
故拟取循环水流速为1.0m/s。
1.4材质的选择列管换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。
在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。
同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。
目前常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。
根据实际需要，可以选择使用碳钢材料。
1.5管程结构换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列，如下图所示。
·(a) 正方形直列（b）正方形错列 (c) 三角形直列（d）三角形错列（e）同心圆排列由于正三角形排列较紧凑，对于相同壳体直径的换热器排的管子较多，传热效果也较好，而且这个换热器不易产生水垢，不需要考虑清洗问题。
所以综上所述，采用正三角形形错列排列2、工艺流程简介4工艺计算和主体设备设计 4.1初算换热器规格（1）确定流体进入空间：热水走壳程，循环水走管程 （2）确定流体的定性温度、物性数据定性温度： 冷却水℃℃℃3122240=+=t 热水℃℃℃7026080=+=T冷却水（31℃）)(1086.7)/(618.0)/(174.4)/(8.99443s Pa m w Kg KJ C m Kg p ⋅⨯=⋅=⋅==-μλρ℃℃热水（70℃） )(10061.4)/(668.0)/(187.4)/(8.97743s Pa m w Kg kJ C m kg p ⋅⨯=⋅=⋅==-μλρ℃℃（3）计算热负荷QW o =5.5×104×1000÷330÷24≈6945kg/hQ o =W o c po Δt o =6945×4.187×(80-60)=581760 kJ/h=161.6 kW循环水的流量h g Q W O /k 7.77402240174.4581760t c i pi i =-⨯=∆=）（ (4)计算平均温度差，并确定壳程数℃℃℃℃60T 80T 40222121====t t 111.1608022401112=--=--=t T t t P 3103.0224060801221=--=--=t t T T R查表知957.0=∆t ϕ 平均传热温差℃3.3739957.0=⨯=∆⋅=∆∆m t mt t ϕ由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适1=s N 即（5） 初选换热器规格管内管外均为水，初选传热系数℃）⋅=20/(1000m W K 选用mm mm 5.225⨯φ（碳钢）m d m d 025.0,02.021==)(33.43.3710001016.16Q A 240m t K m ≈⨯⨯=∆=估考虑 15％的面积裕度，S=1.15×S''=4.98(m 2) 估算单程管的根数根788.60.102.0785.08.99436007.7740421211≈=⨯⨯⨯==u d q n v π单程管计算，所需的传热管长度为)(107025.014.398.42'm nd A L ≈⨯⨯==π估取管长为2.5m 则45.210==p N （管程数）mL 5.1=2874=⨯=N取管心距t=1.25 d0t=1.25×25≈32(mm) 壳体内径D=200mm采用弓形折流板，圆缺高度mm h 5020025.01=⨯=折流板间距mm h 150=折流板数15115025001=-=-=h L N p （7）接管壳程流体进出口接管：取接管内热水流速为 u ＝1.0 m/s ，则接管内径为m 05.00.114.38.9773600/69454u 4d 1≈⨯⨯⨯=⋅=）（πV 取标准管径为50mm 。
管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速 u ＝1.5 m/s ，则接管内径为m 043.05.114.38.9943600/5817604d 2=⨯⨯⨯=）（取ф45mm 无缝钢管。
4.2核算总传热系数K（1）计算管程对流传热系数1α管内循环水流速：s m n d q u m /983.0702.0785.0)8.9943600/(7.77404)3600/(221111=⨯⨯⨯==πρ44111111049.210860.78.994983.002.0⨯=⨯⨯⨯==-μρu d R e30.5618.010860.710174.4431111=⨯⨯⨯==-λμp r c P )/(1.385230.5)1049.2(02.0618.0023.0023.023.08.043.018.01111℃⋅=⨯⨯⨯⨯==m W P R d r e λα（2）计算壳程对流传热系数2α换热器中心附近管排中流体流通横截面积：23011056.6)032.0025.01(2.015.0)1(m t d hD A -⨯=-⨯⨯=-= s m A q u m /3.01056.6)8.9773600/(6945)3600/(31220=⨯⨯==-ρ热水流速：三角形排列的当量直径：m 020.0025.014.3)025.04032.023(4)423(42222=⨯-⨯=-=πππo o e d d t d 1460810016.48.9773.002.042202=⨯⨯⨯==-μρu d R e e55.2668.010061.410187.4432222=⨯⨯⨯==-λμp r c P )/(6.304695.055.2)14608(02.0668.036.0)(36.023/155.014.03/1255.0222℃⋅=⨯⨯⨯⨯==m W P R d wr e eμμλα(3)确定污垢热阻R热水污垢热阻W m R W m R d d /1021.0/1009.0232231℃循环水污垢热阻℃⋅⨯=⋅⨯=--（4）总传热系数由总传热系数计算传热面积1.970201.3852252025109204525002.0101.26.30461111541121212220=⨯+⨯+⨯⨯+⨯+=++++=--d dd d R d bd R K d m d αλα 23047.43.371.970106.161m t K Q A m =⨯⨯=∆=2o m 28.5284.2025.014.3)1.0(d ≈⨯⨯⨯=-=N L S π%11%1.1847.447.428.5〉=-=-A A S 满足换热器的裕度要求4.3 计算压强降 (1)计算管程压强降t psiF NN P P P ∑∆+∆=∆)(21由411049.2Re ⨯=，传热管相对粗糙度005.0/=l ε参考图Re -λ双对数坐标图得033.0=λ 流速s m u /983.01=，31/8.994m kg =ρ)(6.19822983.08.99402.05.2033.02221111Pa u d l P =⨯⨯⨯=⨯=∆ρλ的压强降：直管中因摩擦阻力产生)(9.14412983.08.99432322112Pa u P =⨯⨯==∆ρ的压强降：回弯中因摩擦阻力产生114.1F ,4,1t ===p s N N)(10917.14.14)9.14411982(4Pa P i ⨯=⨯⨯+=管程流体阻力在允许范围之内（2）计算壳程压强降∑'∆+'∆=∆s t N F P P P )(210，其中：5.1,1==t s F N 结垢校正系数：561.0146080.5Re 0.5,5.0228.0228.020=⨯=⨯==--f F 壳程流体的摩擦系数：的校正系数：管子排列方法对压强降6281.11.1=⨯==n n c ：横过管束中心线的管数，15=B N 折流板数：按壳程流通横截面积：2000075.0)025.062.0(15.0)(m d n D h A c =⨯-=-=sm A q u m /263.00075.08.9773600694536000220=⨯⨯==ρ 则流体流经管束产生的压强降：2)1(2001u N n Ff P B c ρ+='∆)(62.9102263.08.977)115(6561.05.02Pa =⨯⨯+⨯⨯⨯=流体流过折流板缺口产生的压强降：2)25.3(202uD h N P B ρ-='∆，其中 m D m h 2.0,15.0==，则)(5.10142263.08.977)2.015.025.3(1522Pa P =⨯⨯⨯-⨯='∆ )(7..28875.1)5.101462.910()(210Pa N F P P P s t =⨯+='∆+'∆=∆∑壳程流体阻力在允许范围之内8、换热器的主要结构尺寸和计算结果表128、附图(见附页)9、参考文献[1]王志魁、刘丽英、刘伟编《化工原理》[M],.北京：化学工业出版社；2010.5[2]柴诚敬等.《化工原理课程设计》[M],.天津:天津科学技术出版社,200013制图审核材料比例数量共 2 页 第 2 页换热器离心泵离心泵换热器工作流程图碳钢11:10循环水回收热水来源1516。